Warstwa fizyczna

Fundamentem na którym zbudowany jest model referencyjny OSI jest jego warstwa fizyczna. Określa ona wszystkie składniki sieci niezbędne do obsługi elektrycznego, optycznego, radiowego wysyłania i odbierania sygnałów. Warstwa fizyczna składa się z czterech obszarów funkcjonalnych:

• Mechanicznego

• Elektrycznego

• Funkcjonalnego

• Proceduralnego

Wspólnie obejmują one wszystkie mechanizmy potrzebne do obsługi transmisji danych, takie jak techniki sygnalizacyjne, napięcie prądu elektrycznego przenoszącego sygnał, rodzaje nośników i odpowiadające im właściwości impedancji, elektronicznie składniki kart sieciowych, a nawet fizyczny kształt złącza używanego do terminacji nośnika. Specyficznymi przykładami mechanizmów, które potrzebne są do obsługi przesyłania danych, lecz które nie należą do zakresu warstwy fizycznej są:

• Nośniki fizyczne

• Koncentratory

• Routery

• Przełączniki

Warstwa fizyczna przesyła i odbiera sygnały zaadresowane dla wszystkich protokołów jej stosu oraz aplikacji, które je wykorzystują.

Musi ona więc wykonywać kilka istotnych funkcji - w szczególności:

Aby móc nadawać dane, musi ona:

• Zmieniać dane znajdujące się w ramkach na strumienie binarne

• Wykonywać taką metodę dostępu do nośnika, jakiej żąda warstwa łącza danych

• Przesyłać ramki danych szeregowo (czyli bit po bicie) w postaci strumieni binarnych

W celu odbierania danych koniecznie jest natomiast:

• Oczekiwanie na transmisje przychodzące do urządzania hosta i do niego zaadresowane.

• Odbiór odpowiednio zaadresowanych strumieni.

• Przesyłanie binarnych strumieni do warstwy danych w celu założenia ich z powrotem w ramki.

Lista ta, jak widać, nie obejmuje żadnych sposobów weryfikowania integralności danych. Warstwa fizyczna nie posiada bowiem mechanizmu służącego rozpoznawaniu znaczenia wysyłanych jak też otrzymywanych danych. Służy wyłącznie przesyłanie jedynek i zer.

Warstwa fizyczna, w postaci określonej przez Model referencyjny OSI, składa się ze wszystkich procesów, mechanizmów, elektroniki oraz protokołów, które potrzebne są urządzeniu obliczającemu w celu wysyłania i odbierania binarnych strumieni danych. W specyfikacji warstwy fizycznej technologii LAN zamieszczone są oczekiwania odnośnie wydajności i nośnika łączącego komunikujące się ze sobą urządzenia. Model jednak nie określa samego rodzaju nośnika.

Zadaniem warstwy fizycznej jest kodowanie danych w formie, w której mogą być one następnie przesyłane przez medium transmisyjne (nośnik). Istnieje wiele różnych technik fizycznego kodowania danych, ale wszystkie kodowania i przenoszone za pomocą fal elektromagnetycznych.

Transmisja danych

• Transmisja jednokierunkowa - (ang. Simplex) sygnał wędruje tylko w jednym kierunku.

• Transmisja przemienna (ang. Half-duplex) - ruch może odbywać się w dwóch kierunkach tzn. transmisja ta umożliwia wędrówkę sygnałów w dowolnym kierunku ale nie w obu kierunkach jednocześnie.

• Transmisja dwukierunkowa (ang. Full-duplex) - ruch może odbywać się w obu kierunkach jednocześnie. Z większa się wydajność ponieważ dane można wysłać i odbierać w tym samym czasie.

Problemy związane z sygnałami

Rzeczy jakie mogą się przydarzyć jednemu bitowi:

• Propagacja - oznacza, że cząstka reprezentująca jeden bit wędruje z jednego miejsca do drugiego. Prędkość propagacji zależy od materiału, z którego zbudowane jest medium, geometrii (struktury) medium oraz częstotliwości sygnałów impulsów.

• Tłumienie - utrata mocy sygnału na pewnej odległości. Oznacza to że sygnał napięcia traci amplitudę w chwili przekazania energii z sygnału do kabla.

• Odbicie sygnału - w chwili gdy impulsy napięcia czyli bity napotykają brak ciągłości część energii ulega odbiciu. Dla optymalnej wydajności sieci ważne jest aby media sieciowe miały właściwą impedancje dostosowania do elektrycznych komponentów karty sieciowej.

• Szum - to niepożądane zakłócenia sygnałów optycznych lub elektromagnetycznych. Zbyt nasilony szum może uszkodzić bit powodując zniszczenie komunikatu. Jeżeli szum elektryczny w kablu pochodzi z sygnałów innych przewodów w kablu nazywany jest przesłuchem (ang.crosstalk).

• Synchronizacja w czasie - jeśli zegar na hoście źródłowym nie jest zsynchronizowany z zegarem na hoście docelowym mamy do czynienia z rozsynchronizowaniem w czasie. Oznacza to że bity docierają odrobinę za wcześnie lub za późno niż powinny.

• Kolizja - ma miejsce wtedy gdy dwa bity z komunikujących się ze sobą komputerów znajdują się na wspólnym medium w tym samym czasie.

Szyfrowanie sygnałów sieciowych

Przed wysłaniem komunikatu na dużą odległość trzeba rozwiązać dwa problemy:

• Jak wyrazić komunikat (szyfrowanie lub modulacja)

• Jakie metody użyć do transportu danych (nośnik)

Szyfrowanie oznacza konwersję danych binarnych do postaci w jakiej mogą one wędrować łączem komunikacyjnym

• Impulsu elektrycznego w przewodzie

• Impulsu świetlnego w światłowodzie

• Fal elektromagnetycznych w przestrzeni

Modulacja oznacza użycie binarnych danych do manipulowania falą analogową

• Modulacja amplitudy AM

• Modulacja częstotliwości FM

• Modulacja fazy PM

---